Некоторое время назад в антарктической обсерватории IceCube были обнаружены нейтрино с энергией порядка петаэлектронвольт. Их происхождение загадочно.

Гамма-кванты – это фотоны самой высокоэнергетической части электромагнитного спектра. Источники гамма-квантов разнообразны, но некоторую часть самых энергичных из них (энергии в несколько тераэлектронвольт) не удаётся связать ни с каким конкретным источником.

Названные виды частиц объединяют два обстоятельства: они самые энергичные "в своём классе", и их происхождение неизвестно. Но есть ещё одно интригующее совпадение: регистрируемые приёмниками потоки всех трёх видов частиц примерно одинаковы. И это несмотря на то, что энергия индивидуальных частиц очень отличается от одного вида к другому. Верхняя граница покрываемого диапазона энергий больше нижней на несколько порядков.

Модель, предложенная Кэ Фан (Ke Fang) и Котой Мурасе (Kohta Murase), объясняет происхождение всех трёх видов энергичных частиц единым процессом, происходящим в активных ядрах галактик.

Поясним, о чём речь. В центрах многих галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, на которые падает поток вещества. Излучение горячей материи, падающей на чёрную дыру, может быть разным по интенсивности. Это зависит от того, сколько именно вещества "кушает" чёрная дыра в единицу времени.

Если материи вокруг мало, и чёрная дыра "на голодном пайке", получается спокойный, не очень сильно излучающий объект, которым может похвастаться и наша галактика. Если же у космического хищника пир горой, получается квазар, самый мощный светильник во Вселенной. Активное галактическое ядро – это промежуточный вариант. Оно излучает не настолько интенсивно, чтобы называться квазаром, но гораздо сильнее нашей собственной, степенной и спокойной (к нашему счастью) чёрной дыры.

Как и квазары, многие активные ядра испускают тонкие струи ускоренных частиц (джеты). С ними, как поясняет пресс-релиз, и связывают авторы происхождение своих "подопечных".

По мнению исследователей, вещество, ускоренное в джетах, делится на три потока. Частицы с самой низкой энергией теряют её и пополняют собой обычную межгалактическую среду. Более энергичные частицы, взаимодействуя с намагниченной межгалактической средой в скоплениях галактик, порождают нейтрино и гамма-кванты. А самые быстрые из них становятся космическими лучами сверхвысоких энергий.

Чтобы проверить свою гипотезу, авторам пришлось проделать масштабные расчёты. Они моделировали взаимодействие исторгнутых частиц с ближайшим окружением галактического ядра, их распространение внутри скоплений галактик с учётом межгалактического магнитного поля и их судьбу на огромных пространствах между источником и Землёй.

Вывод авторов оптимистичен: теория позволяет объяснить распределение по энергиям всех трёх видов энергичных частиц (космических лучей, нейтрино и гамма-квантов), а также химический состав космических лучей сверхвысоких энергий.

Однако исследователи признают, что окончательно подтвердить их теорию смогут только инструменты, которые вступят в строй в ближайшем будущем. Это нейтринные детекторы IceCube-Gen2 и KM3Net, а также гамма-обсерватория CTA.